通过在高温高压实验中再现深层震源环境，阐明地震的产生过程。

研究概况

覆盖地球表面的数十个板块（厚约 60 千米）随着其下的热地幔移动。当板块相互碰撞并向地表下沉时，就会发生地震。

地震根据震源深度和位置进行分类（图 1）。浅层地震发生在地表附近（地表下 10 至 50 千米），经常发生在板块边界和陆地正下方，引起海啸和直接地震。另一方面，”深层地震 “发生在 300 千米或更深的俯冲板块内部，但发生频率较低。

然而，当地震发生时，其震级往往达到 7 级，并以其特殊性而闻名，例如伴随着 “异常地震带”（尽管远离震中但仍能观察到强烈震感的地方）。人们还知道，在 400-600 千米深的地方，深层地震发生的频率特别高，尽管地震一般随着深度的增加而减少。人们一直认为，深层地震是由压力引起的橄榄石（板块和上地幔中最丰富的矿物）晶体结构变化引发的。然而，由于 400-600 千米的深度相当于 13-20 GPa 的高压环境，因此在技术上很难进行实验来证明这一假设。

研究特色

证明这一假设的最有效方法是在实验室中通过实验重现 “声发射”（AE），即微型深发地震。我的研究小组通过在 SPring-8 进行橄榄石变形实验，在温度和压力条件（600-1100 °C，13-16 GPa）下成功探测到了 AE，这些条件与深达 390-470 千米的板块内部相对应，而深层地震经常发生在板块内部。这证明在实验过程中样品中形成了断层，即在实际深层地震发生的温度条件下，实验中人为地实现了地震。

利用同步辐射 X 射线对实验样品进行的观察证实，在压力效应引起橄榄石晶体结构变化的过程中，橄榄石在一定温度下（约 850 ℃）形成了由纳米颗粒组成的脆性层。变形的能量集中在脆性层的局部，很明显，当温度达到 2400 ℃ 的极高温度时，橄榄石就会熔化，从而导致断层和地震的产生（图 2）。

这项研究的结果与之前使用橄榄石模拟物进行的研究预测一致，意味着深层地震仅限于深海板块的特定区域（被称为 “可变质橄榄石楔（MOW）”的区域表面附近：图 3）。地震网络可以探测到 MOW 的存在，因此对这一区域的密集监测有望为模拟未来深层地震的位置、频率和震级提供线索。

研究的吸引力

不仅是深层地震，还有一些发生在较浅位置的深层地震，它们的触发过程是怎样的？是什么触发了它们？’都是尚未完全弄清的谜团。引发地震的破坏过程很难在实验室中 “不遗漏 “地观察到，因为它们发生的时间很短，只有几秒到几秒。此外，断裂过程发生在高温高压的压力容器内部，因此 “不遗漏 “观测并非易事。这种观测技术曾一度被认为是不可行的，但现在由于技术创新，将 SPring-8 的超强同步辐射 X 射线与专用高速照相机结合在一起，这种观测技术得以实现。如果能够弄清地震发生过程的细节，就有可能找到预测地震的线索。

给本研究申请者的信息

每当发生地震时，你可能会在电视节目或杂志文章中看到或听到专家的评论，大意是 “不可能预测地震的发生”。然而，作为 “地震场物质科学 “的专家，我认为 “现实情况是，在目前的学术水平上，我们甚至不知道是否有可能预测地震的发生”。这一领域仍处于起步阶段，仍有许多问题有待解决。即使是看似无解的问题，也可以通过相关研究的稳步积累和技术发展来解决。虽然需要坚持不懈的努力，但地震领域的材料科学是一个有价值的研究领域。